DE102011076169A1

DE102011076169A1 - Refrigerating appliance with heat storage

Info

Publication number: DE102011076169A1
Application number: DE102011076169A
Authority: DE
Inventors: Dr. Holzer Stefan; Matthias Mrzyglod
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2011-03-14
Filing date: 2011-05-20
Publication date: 2012-09-20
Also published as: WO2012123268A2; CN103443565A; WO2012123271A2; EP2686624A2; WO2012123271A3; CN103597300A; WO2012123268A3; CN103597300B; PL2686624T3; EP2686624B1; EP2686623A1; CN103443565B; ES2547812T3; WO2012123036A1

Abstract

Ein Kältegerät, insbesondere ein Haushaltskältegerät, umfasst eine Lagerkammer für Kühlgut, einen in thermischem Kontakt mit der Lagerkammer angeordneten kalten Wärmetauscher, einen in thermischem Kontakt mit der Umgebung angeordneten warmen Wärmetauscher, einen Verdichter zum Antreiben der Zirkulation eines Kältemittels zwischen den Wärmetauschern und wenigstens einen in thermischem Kontakt mit einem der Wärmetauscher angeordneten Wärmespeicher (10). Der Wärmespeicher (10) umfasst ein Trägermaterial (14), in dem ein Speichermedium (12) tröpfchenweise gebunden ist.A refrigeration appliance, in particular a household refrigerating appliance, comprises a storage chamber for refrigerated goods, a cold heat exchanger arranged in thermal contact with the storage chamber, a warm heat exchanger arranged in thermal contact with the environment, a compressor for driving the circulation of a refrigerant between the heat exchangers and at least one in thermal contact with a heat exchanger arranged in the heat accumulator (10). The heat accumulator (10) comprises a carrier material (14) in which a storage medium (12) is bound in droplets.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kältegerät, insbesondere ein Haushaltskältegerät, mit einer Lagerkammer für Kühlgut, einem in thermischem Kontakt mit der Lagerkammer angeordneten kalten Wärmetauscher, einem in thermischem Kontakt mit der Umgebung angeordneten warmen Wärmetauscher, einem Verdichter zum Antreiben der Zirkulation eines Kältemittels zwischen den Wärmetauschern und wenigstens einem in thermischem Kontakt mit einem der Wärmetauscher angeordneten Wärmespeicher. The present invention relates to a refrigerator, in particular a domestic refrigerator, with a storage chamber for refrigerated goods, arranged in thermal contact with the storage chamber cold heat exchanger, in thermal contact with the environment arranged warm heat exchanger, a compressor for driving the circulation of a refrigerant between the heat exchangers and at least one thermal store arranged in thermal contact with one of the heat exchangers.

Ein Kältegerät dieses Typs ist aus DE 10 2004 035 017 A1 bekannt. Der Wärmespeicher dieses herkömmlichen Kältegerätes umfasst eine mit einem Speichermedium gefüllte flache Schale, die an ihrer Oberseite durch eine flexible Folie verschlossen ist. Die Schale muss passend zu den Abmessungen des Kältegeräts gefertigt und versiegelt werden. Dies macht die Bereitstellung von Wärmespeichern für verschiedene Kältegerätemodelle mit unterschiedlichen Gehäuseabmessungen aufwendig und kostspielig. A refrigeration device of this type is out DE 10 2004 035 017 A1 known. The heat storage of this conventional refrigeration device comprises a flat medium filled with a storage medium, which is closed at its top by a flexible film. The shell must be made and sealed to fit the dimensions of the refrigerator. This makes the provision of heat accumulators for different refrigerator models with different housing dimensions consuming and expensive.

Wenn der Wärmespeicher an einem Drahtrohr-Wärmetauscher verrastet ist, schmiegt sich die Folie an dessen Drähte an und gewährleistet so einen engen thermischen Kontakt des Wärmespeichers mit dem Wärmetauscher. Die Folie muss vor dem Kontakt mit scharfkantigen Gegenständen geschützt werden, denn wenn sie beschädigt wird, wird der Wärmespeicher undicht, und das Speichermedium kann auslaufen. Bereits die Enden der Drähte des Wärmetauschers können solche die Dichtigkeit des Wärmespeichers gefährdenden scharfen Kanten aufweisen. When the heat accumulator is latched to a wire tube heat exchanger, the film adheres to its wires, thus ensuring a close thermal contact of the heat accumulator with the heat exchanger. The foil must be protected from contact with sharp-edged objects, because if it is damaged, the heat accumulator will leak and the storage medium may leak. Already the ends of the wires of the heat exchanger may have such the tightness of the heat storage hazardous sharp edges.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Kältegerät der eingangs angegebenen Art zu schaffen, bei dem der Wärmespeicher mit geringem Aufwand in unterschiedlichen Abmessungen bereitgestellt werden kann. Object of the present invention is to provide a refrigeration device of the type described, in which the heat storage can be provided with little effort in different dimensions.

Eine weitere Aufgabe ist, ein Kältegerät zu schaffen, bei dem der Wärmespeicher inhärent auslaufsicher ist. Another object is to provide a refrigerator in which the heat storage is inherently leak-proof.

Unter einem Kältegerät wird insbesondere ein Haushaltskältegerät verstanden, also ein Kältegerät das zur Haushaltsführung in Haushalten oder eventuell auch im Gastronomiebereich eingesetzt wird, und insbesondere dazu dient Lebensmittel und/oder Getränke in haushaltsüblichen Mengen bei bestimmten Temperaturen zu lagern, wie beispielsweise ein Kühlschrank, ein Gefrierschrank, eine Kühlgefrierkombination, eine Gefriertruhe oder ein Weinlagerschrank. A refrigeration appliance is understood in particular to be a household refrigeration appliance, that is to say a refrigeration appliance used for household purposes or possibly even in the gastronomy sector, and in particular for storing food and / or beverages in household quantities at specific temperatures, such as, for example, a refrigerator, a freezer , a fridge freezer, a freezer or a wine storage cabinet.

Beide Aufgaben werden gelöst, indem der Wärmespeicher ein Trägermaterial umfasst, in dem das Speichermedium tröpfchenweise gebunden ist. Eine Beschädigung des Wärmespeichers kann daher allenfalls zum Undichtwerden einzelner Tröpfchen führen, wobei die dabei freigesetzte Menge des Speichermediums vernachlässigbar ist. Ein Freiwerden größerer Mengen des Speichermediums durch eine versehentliche Beschädigung des Wärmespeichers ist ausgeschlossen. Daher ist der Wärmespeicher nicht nur auslaufsicher, er kann auch durch einfaches Zuschneiden eines Rohmaterialstücks bequem nach Bedarf in unterschiedlichen Abmessungen bereitgestellt werden. Both objects are achieved by the heat accumulator comprises a carrier material in which the storage medium is bound drop by drop. Damage to the heat accumulator can therefore possibly lead to leakage of individual droplets, wherein the amount of storage medium released thereby is negligible. A release of larger amounts of the storage medium by accidental damage to the heat storage is excluded. Therefore, the heat storage is not only leak-proof, it can also be easily provided by simply cutting a piece of raw material as required in different dimensions.

Die Tröpfchen des Speichermediums können vom Trägermaterial unmittelbar umschlossen sein. Die Beschaffenheit eines solchen Wärmespeichers entspricht einer Emulsion von zwei nicht miteinander mischbaren Phasen, wobei die kontinuierliche Phase verfestigt ist, um dem Wärmespeicher eine feste Gestalt zu geben. The droplets of the storage medium may be directly enclosed by the carrier material. The nature of such a heat storage corresponds to an emulsion of two immiscible phases wherein the continuous phase is solidified to give the heat storage a solid shape.

Eine solche wenigstens in der kontinuierlichen Phase verfestigte Emulsion kann erhalten werden, indem beide Phasen bei einer Temperatur, in der sie flüssig oder zumindest knetbar sind, fein vermischt werden und die kontinuierliche Phase anschließend verfestigen gelassen wird. Such an emulsion solidified at least in the continuous phase can be obtained by finely mixing both phases at a temperature at which they are liquid or at least kneadable and then allowing the continuous phase to solidify.

Eine solche Emulsion sollte zweckmäßigerweise nach ihrer Erzeugung möglichst schnell in die endgültige Form des Wärmespeichers gebracht und verfestigen gelassen werden, um eine Entmischung der Phasen zu verhindern. Such an emulsion should be brought as soon as possible in the final form of the heat storage and solidify after their production in order to prevent segregation of the phases.

Das Problem der Entmischung lässt sich vermeiden, wenn die Tröpfchen des Speichermediums jeweils in Kapseln eingeschlossen und die Kapseln in das Trägermaterial eingebettet sind. Hier ist es denkbar, wenn das Trägermaterial thermoplastisch ist, das Gemisch von Trägermaterial und Kapseln auf eine Temperatur zu erhitzen, in der das Trägermaterial plastisch ist, die Kapseln aber noch stabil sind, und das so erhaltene plastische Gemisch zum Wärmespeicher zu formen. The problem of segregation can be avoided if the droplets of the storage medium are enclosed in capsules and the capsules are embedded in the carrier material. Here it is conceivable, if the carrier material is thermoplastic, to heat the mixture of carrier material and capsules to a temperature in which the carrier material is plastic, but the capsules are still stable, and to form the resulting plastic mixture into the heat store.

Um einen intensiven Wärmeübergang vom Wärmetauscher zum Wärmespeicher zu gewährleisten, sind beide vorzugsweise in körperlichem Kontakt zueinander angeordnet. In order to ensure an intensive heat transfer from the heat exchanger to the heat storage, both are preferably arranged in physical contact with each other.

Ein besonders enger thermischer Kontakt kann erhalten werden, wenn der Wärmespeicher an den Wärmetauscher angeformt ist. A particularly close thermal contact can be obtained if the heat accumulator is integrally formed on the heat exchanger.

Die Struktur des Wärmespeichers mit dem tröpfchenweise in der kontinuierlichen Phase gebundenen Speichermedium ermöglicht eine effiziente und preiswerte Fertigung durch Extrudieren. The structure of the heat accumulator with the storage medium bound dropwise in the continuous phase enables an efficient and inexpensive production by extrusion.

Wenn der Wärmetauscher plattenförmig ist, kann ein enger thermischer Kontakt zwischen ihm und dem Wärmespeicher erzielt werden, wenn eine Seite des Wärmetauschers wenigstens überwiegend von dem Wärmespeicher bedeckt ist. If the heat exchanger is plate-shaped, a close thermal contact between it and the heat accumulator can be achieved if one side of the heat exchanger is at least predominantly covered by the heat accumulator.

Der Wärmespeicher kann den Wirkungsgrad der Kälteerzeugung in dem Kältegerät verbessern, indem er eine Temperaturänderung des Wärmetauschers, die sich bei Einschalten des Verdichters einstellt, verzögert. Hierfür genügt eine geringe Menge an Speichermedium; daher entspricht die Menge des Speichermediums vorzugsweise einer über die Oberfläche des Verdampfers verteilten Schicht des Speichermediums von höchstens 5 mm Stärke.The heat accumulator can improve the efficiency of refrigeration in the refrigerator by delaying a temperature change of the heat exchanger, which occurs when the compressor is switched on. For this purpose, a small amount of storage medium is sufficient; therefore, the amount of the storage medium preferably corresponds to a layer of the storage medium of at most 5 mm thickness distributed over the surface of the evaporator.

Die benötigte Menge des Speichermediums ist insbesondere dann gering, wenn eine Phasenübergangstemperatur des Speichermediums so gewählt ist, dass das Speichermedium in Betriebs- und Ruhephasen des Verdichters jeweils seinen Aggregatzustand ändert. The required amount of the storage medium is particularly low when a phase transition temperature of the storage medium is selected so that the storage medium changes its state of aggregation during operation and rest phases of the compressor.

Um die Temperaturänderung des Wärmetauschers beim Einschalten des Verdichters wirksam zu verzögern, ist es zweckmäßig, wenn die Phasenübergangstemperatur des Speichermediums näher an einem vorgegebenen Betriebstemperaturbereich der Lagerkammer als an einer im Dauerbetrieb erreichbaren Grenztemperatur des Verdampfers liegt. Wenn der Wärmetauscher, mit dem der Wärmespeicher in thermischen Kontakt steht, der kalte Wärmetauscher, auch als Verdampfer bezeichnet, ist, dann bewirkt der der thermische Kontakt mit dem Wärmespeicher, dass der Wärmetauscher, solange das Speichermedium des Wärmespeichers noch nicht gefroren ist, sich nicht weit unter die Schmelztemperatur des Speichermediums abkühlen kann. Insbesondere kann er die Grenztemperatur nicht erreichen, solange das Speichermedium nicht vollständig gefroren ist. Indem somit der Wärmespeicher den kalten Wärmetauscher in einer Betriebsphase des Verdichters lange auf einer hohen Temperatur, nahe dem vorgegebenen Temperaturbereich der Lagerkammer, hält, ist ein hoher Dampfdruck des Kältemittels im Verdampfer gewährleistet. Bei gegebenem Volumendurchsatz des Verdichters wird folglich eine große Menge des Kältemittels umgewälzt, und da die Reibungs- und sonstigen Verluste des Verdichters im Wesentlichen proportional zum Volumendurchsatz sind, arbeitet der Verdichter mit hohem Wirkungsgrad. Erst wenn das Speichermedium vollständig gefroren ist, kann sich der Wärmetauscher weiter abkühlen, mit der Folge, dass proportional zur Verringerung des Dampfdrucks im Wärmetauscher auch die Menge des zirkulierenden Kältemittels und damit der Wirkungsgrad des Verdichters abnimmt. In order to effectively delay the temperature change of the heat exchanger when the compressor is switched on, it is expedient for the phase transition temperature of the storage medium to be closer to a predetermined operating temperature range of the storage chamber than to a limit temperature of the evaporator which can be reached in continuous operation. If the heat exchanger with which the heat accumulator is in thermal contact, the cold heat exchanger, also referred to as evaporator, then causes the thermal contact with the heat accumulator that the heat exchanger, as long as the storage medium of the heat accumulator is not frozen, not can cool far below the melting temperature of the storage medium. In particular, it can not reach the limit temperature as long as the storage medium is not completely frozen. Thus, by holding the cold heat exchanger for a long time at a high temperature, near the predetermined temperature range of the storage chamber, during the operation phase of the compressor, a high vapor pressure of the refrigerant in the evaporator is ensured. Consequently, given the volumetric flow rate of the compressor, a large amount of the refrigerant is circulated, and since the friction and other losses of the compressor are substantially proportional to the volumetric flow rate, the compressor operates with high efficiency. Only when the storage medium is completely frozen, the heat exchanger can continue to cool, with the result that proportional to the reduction of the vapor pressure in the heat exchanger and the amount of circulating refrigerant and thus the efficiency of the compressor decreases.

Umgekehrt bewirkt der Wärmespeicher, wenn er in Kontakt mit dem warmen Wärmetauscher oder Verflüssiger angeordnet ist, einen schnellen Wärmeabfluss aus dem Verflüssiger, wodurch der Druck, gegen den der Verdichter anarbeiten muss, niedrig gehalten wird. Während einer Betriebsphase des Verdichters vom Wärmespeicher aufgenommene Wärme kann an die Umgebung noch abgegeben werden, während der Verdichter still steht. Conversely, when placed in contact with the warm heat exchanger or condenser, the heat accumulator causes rapid heat removal from the condenser, thereby keeping the pressure against which the compressor must work low. Heat absorbed by the heat accumulator during an operating phase of the compressor can still be released to the environment while the compressor is stationary.

Als Speichermedium kommt im Falle eines am kalten Wärmetauscher angeordneten Wärmespeichers insbesondere eine wässrige Lösung, vorzugsweise von Ethylenglykol oder Harnstoff, in Betracht. Bei einem mit dem warmen Wärmetauscher in Kontakt stehenden Wärmespeicher kann als Speichermedium ein Paraffin verwendet werden. In particular, an aqueous solution, preferably of ethylene glycol or urea, comes into consideration as the storage medium in the case of a heat accumulator arranged on the cold heat exchanger. In a heat store in contact with the warm heat exchanger, a paraffin can be used as the storage medium.

Die Differenz zwischen der Phasenübergangstemperatur des Speichermediums und der erreichbaren Grenztemperatur des Wärmetauschers sollte vorzugsweise wenigstens 10°C betragen, d.h. wenn der Wärmetauscher der Verdampfer eines Normal- oder Frischkühlfachs ist, der im Dauerbetrieb z.B. eine Temperatur von –20°C erreichen kann, sollte die Schmelztemperatur des Speichermediums nicht unter –10°C liegen. The difference between the phase transition temperature of the storage medium and the attainable limit temperature of the heat exchanger should preferably be at least 10 ° C, i. if the heat exchanger is the evaporator of a normal or fresh refrigerator compartment, which in continuous operation e.g. can reach a temperature of -20 ° C, the melting temperature of the storage medium should not be below -10 ° C.

Andererseits ist eine Schmelztemperatur des Speichermediums von unter –2°C bevorzugt, damit ein eventuell erforderliches Abtauen des Verdampfers nicht dadurch verzögert wird, dass gleichzeitig das Wärmespeichermedium geschmolzen werden muss. On the other hand, a melting temperature of the storage medium of below -2 ° C is preferred, so that any necessary defrosting of the evaporator is not delayed by the fact that at the same time the heat storage medium must be melted.

Die mittlere Dauer einer Betriebsphase des Verdichters sollte länger als die für einen Phasenübergang des Speichermediums erforderliche Zeit sein, um dessen Wirkungspotential voll auszuschöpfen. Andererseits sollte sie nicht wesentlich länger, insbesondere maximal doppelt so lang wie die für den Phasenübergang erforderliche Zeit sein, um den Anteil der Zeit, in der die Temperatur des Wärmetauschers zwischen der Phasenübergangstemperatur des Speichermediums und der im Dauerbetrieb erreichbaren Temperatur liegt, und in der der Wärmespeicher die Effizienz der Kälteerzeugung nicht wesentlich verbessert, an der Gesamtbetriebszeit des Kältegerätes gering zu halten. The average duration of an operating phase of the compressor should be longer than the time required for a phase transition of the storage medium in order to fully exploit its potential effect. On the other hand, it should not be much longer, in particular twice as long as the time required for the phase transition to the proportion of the time in which the temperature of the heat exchanger between the phase transition temperature of the storage medium and the temperature achievable in continuous operation, and in the Heat storage does not significantly improve the efficiency of refrigeration, to keep the total operating time of the refrigerator low.

Wenn der Wärmespeicher mit dem kalten Wärmetauscher in thermischem Kontakt steht, sind vorzugsweise beide in der Lagerkammer angeordnet. Es käme als kalter Wärmtauscher zwar beispielsweise auch ein Coldwall-Verdampfer in Betracht, der außerhalb der Lagerkammer, zwischen dieser und einer Isolationsmaterialschicht des Kältegerätes angeordnet ist, doch ist der Zugewinn an Effizienz bei einem in der Lagerkammer angeordneten Verdampfer größer. When the heat accumulator is in thermal contact with the cold heat exchanger, both are preferably arranged in the storage chamber. Although, for example, a coldwall evaporator which is arranged outside the storage chamber, between the latter and an insulating material layer of the refrigeration appliance, would be considered as a cold heat exchanger, the gain in efficiency in the case of an evaporator arranged in the storage chamber is greater.

Wenn der kalte Wärmetauscher benachbart zu einer Wand der Lagerkammer angeordnet ist, befindet sich der Wärmespeicher vorzugsweise an einer von der Wand abgewandten Seite des Wärmetauschers, so dass Kühlgut in der Lagerkammer im Wesentlichen durch den Wärmespeicher hindurch gekühlt wird. When the cold heat exchanger is disposed adjacent to a wall of the storage chamber, the heat storage is preferably located on a side facing away from the wall of the heat exchanger, so that refrigerated goods in the storage chamber is substantially cooled by the heat storage through.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Aus dieser Beschreibung und den Figuren gehen auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt. Es zeigen:Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of embodiments with reference to the accompanying figures. From this description and the figures also show features of the embodiments, which are not mentioned in the claims. Such features may also occur in combinations other than those specifically disclosed herein. Therefore, the fact that several such features are mentioned in the same sentence or in a different type of textual context does not justify the conclusion that they can occur only in the specific combination disclosed; instead, it is generally to be assumed that it is also possible to omit or modify individual ones of several such features, provided this does not call into question the functionality of the invention. Show it:

1 einen schematischen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kältegerät; 1 a schematic cross section through an inventive refrigerator;

2 ein vergrößertes Detail aus 1 gemäß einer ersten Ausgestaltung; 2 an enlarged detail 1 according to a first embodiment;

3 dasselbe Detail gemäß einer zweiten Ausgestaltung; 3 the same detail according to a second embodiment;

4 typische Temperaturverläufe herkömmlicher Verdampfer und eines Verdampfers gemäß der vorliegenden Erfindung während einer Betriebsphase und im Anschluss daran; 4 typical temperature curves of conventional evaporators and an evaporator according to the present invention during an operating phase and subsequent thereto;

5 einen typischen Temperaturverlauf eines Verdampfers gemäß der vorliegenden Erfindung während einer Abtauphase; 5 a typical temperature profile of an evaporator according to the present invention during a defrosting phase;

6 einen zu 1 analogen schematischen Querschnitt gemäß einer zweiten Ausgestaltung; und 6 one too 1 analogous schematic cross section according to a second embodiment; and

7 einen Querschnitt durch den Verflüssiger des Kältegerätes aus 6. 7 a cross section through the condenser of the refrigerator 6 ,

1 zeigt einen Haushaltskühlschrank gemäß der vorliegenden Erfindung in einem schematischen Schnitt entlang einer vertikalen Schnittebene. Ein Korpus 1 und eine daran anschlagende Tür 2 umgeben eine Lagerkammer 3. Korpus 1 und Tür 2 umfassen jeweils in an sich bekannter Weise eine feste äußere Schale, eine innere Schale und eine wärmeisolierende Schicht aus Schaumstoff, die einen Zwischenraum zwischen den Schalen ausfüllt. 1 shows a household refrigerator according to the present invention in a schematic section along a vertical sectional plane. A corpus 1 and a door touching it 2 surround a storage chamber 3 , corpus 1 and door 2 each comprise, in a manner known per se, a solid outer shell, an inner shell and a heat-insulating layer of foam, which fills a space between the shells.

Im Inneren der Lagerkammer 3 ist in geringem Abstand zu einer Rückwand 4 des Korpus 1 ein plattenförmiger Verdampfer 5 montiert. Bei dem Verdampfer 5 kann es sich insbesondere, wie in der Figur angedeutet, um einen Rollbond-Verdampfer oder einen Tube-on-sheet-Verdampfer handeln. Beide Verdampfertypen umfassen herkömmlicherweise eine Platine 6, die eine ebene erste Hauptoberfläche des Verdampfers bildet, und eine Kältemittelleitung 8 in Form eines in einer zweiten Platine 7 eingetieften Kanals oder eines einseitig an die Platine 6 angelöteten Rohrs springt an der gegenüberliegenden zweiten Hauptoberfläche des Verdampfers 5 vor. Die erste, ebene Hauptoberfläche ist hier dem für Kühlgut nutzbaren Teil der Lagerkammer 3 zugewandt, während die die Kältemittelleitung 8 tragende Hauptoberfläche der Rückwand 4 unter Ausbildung eines schmalen Spalts 9 zugewandt ist. Die freie Anordnung innerhalb der Lagerkammer 3 ermöglicht es dem Verdampfer 5, über seine beiden Hauptoberflächen Wärme mit der Lagerkammer 3 auszutauschen. Die Abmessungen des Verdampfers 5 können daher im Vergleich zu einem Coldwall-Verdampfer gering gehalten werden.Inside the storage room 3 is in close proximity to a back wall 4 of the body 1 a plate-shaped evaporator 5 assembled. At the evaporator 5 In particular, as indicated in the figure, it may be a Rollbond evaporator or a tube-on-sheet evaporator. Both types of evaporators conventionally include a circuit board 6 forming a flat first major surface of the evaporator and a refrigerant line 8th in the form of a in a second board 7 recessed channel or one-sided to the board 6 soldered tube jumps on the opposite second major surface of the evaporator 5 in front. The first, even main surface is here for usable for refrigerated part of the storage chamber 3 facing, while the refrigerant pipe 8th main bearing surface of the back wall 4 forming a narrow gap 9 is facing. The free arrangement within the storage chamber 3 allows the evaporator 5 , via its two main surfaces heat with the storage chamber 3 exchange. The dimensions of the evaporator 5 can therefore be kept low compared to a coldwall evaporator.

Die dem Hauptteil der Lagerkammer 3 zugewandte ebene Hauptoberfläche ist vollständig oder nahezu vollständig von einem Wärmespeicher 10 bedeckt. Der Wärmespeicher 10 ist eine Folie oder eine dünne Platte mit einer Stärke von wenigen Millimetern aus einem Kunststoff-Trägermaterial, in dem ein Speichermedium gebunden ist. Das Speichermedium, eine wässrige Lösung von z.B. Ethylenglykol oder Harnstoff, kann in der Matrix des Kunststoffmaterials homogen verteilt sein, oder in Tröpfchenform kleine Hohlräume des Kunststoffmaterials ausfüllen. The main part of the storage chamber 3 facing planar main surface is completely or almost completely of a heat storage 10 covered. The heat storage 10 is a film or a thin plate with a thickness of a few millimeters of a plastic substrate in which a storage medium is bound. The storage medium, an aqueous solution of, for example, ethylene glycol or urea, can be homogeneously distributed in the matrix of the plastic material, or fill in small droplets of the plastic material in droplet form.

Ein Verdichter 15 und ein Verflüssiger, die den Verdampfer 5 mit flüssigem Kältemittel versorgen, sind in einer Maschinenraumnische am Fuß der Rückwand 4 untergebracht. Ein Temperaturfühler 16, der bei Überschreitung einer vom Benutzer eingestellten Schwellentemperatur den Verdichter 15 einschaltet, ist in an sich üblicher Weise entfernt vom Verdampfer 5 an der Lagerkammer 3 angeordnet. Aufgrund der Entfernung vom Wärmespeicher 10 lässt die vom Temperaturfühler 16 in einer Betriebsphase des Verdichters 15 erfasste Temperatur keinen sicheren Rückschluss auf den Aggregatzustand des Speichermediums zu.A compressor 15 and a condenser, which is the evaporator 5 supply with liquid refrigerant are in a machine room niche at the foot of the back wall 4 accommodated. A temperature sensor 16 , which exceeds the compressor when exceeding a user-set threshold temperature 15 turns on, is in a conventional manner away from the evaporator 5 at the storage room 3 arranged. Due to the distance from the heat storage 10 lets go of the temperature sensor 16 in an operating phase of the compressor 15 detected temperature to a safe conclusion on the state of matter of the storage medium.

2 zeigt einen vergrößerten schematischen Schnitt durch den Wärmespeicher 10 und die ihn tragende Platine 6, in dem eine Vielzahl von zufällig verteilten, mit dem Speichermedium gefüllten Hohlräumen 11 unterschiedlicher Größe in dem Trägermaterial 14 des Wärmespeichers 10 zu erkennen sind. In der Darstellung der 2 sind die Hohlräume 11 sphärisch, und die Dicke von Wänden des Trägermaterials 14, die benachbarte Hohlräume 11 trennen, ist von derselben Größenordnung wie die Durchmesser der Hohlräume 11. Im Extremfall könnte das Trägermaterial 14 einen geschlossenporigen Schaumstoff bilden, d.h. die Hohlräume 11 wären nicht mehr sphärisch, wie in der Figur gezeigt, sondern hätten die Form unregelmäßiger, jeweils durch dünne Membranen des Trägermaterials voneinander getrennter und mit dem Speichermedium gefüllter Polyeder. 2 shows an enlarged schematic section through the heat storage 10 and the board carrying it 6 in which a plurality of randomly distributed, filled with the storage medium cavities 11 different size in the carrier material 14 the heat storage 10 can be seen. In the presentation of the 2 are the cavities 11 spherical, and the thickness of walls of the substrate 14 , the neighboring cavities 11 separate, is of the same order of magnitude as the diameters of the cavities 11 , In extreme cases, the carrier material 14 form a closed-cell foam, ie the cavities 11 would no longer be spherical, as shown in the figure, but would have the shape of irregular polyhedra each separated by thin membranes of the support material and filled with the storage medium.

Einer in 3 veranschaulichten bevorzugten Variante zufolge ist das Speichermedium 12 in dünnwandigen, diffusionsdichten Kunststoff-Hohlkugeln 13 gekapselt, die ihrerseits in das Trägermaterial 14 eingebettet sind. Die Kapselung erlaubt eine bequeme Fertigung des Wärmespeichers 10 durch Untermischen der Kapseln unter das Trägermaterial und Ausformen des Gemischs zu Platten der gewünschten Stärke.One in 3 The preferred embodiment illustrated is the storage medium 12 in thin-walled, diffusion-proof plastic hollow spheres 13 encapsulated, in turn, in the carrier material 14 are embedded. The encapsulation allows a comfortable production of the heat accumulator 10 by mixing the capsules under the carrier material and shaping the mixture into plates of the desired thickness.

4 zeigt im Vergleich typische Temperaturverläufe des Verdampfers 5 vom in 1 gezeigten Typ mit Wärmespeicher 10, eines frei in einer Lagerkammer angeordneten Verdampfers ohne Wärmespeicher und eines Coldwall-Verdampfers. Der frei aufgehängte Verdampfer ohne Wärmespeicher, repräsentiert durch die Kurve A, weist zu Beginn seiner Betriebsphase, der Zeit t = 0, einen sehr steilen Temperaturabfall auf; es dauert knapp eine Minute, um ihn von +5°C auf –15°C abzukühlen, und nach vier Minuten des Betriebs ist eine im Wesentlichen stationäre Grenztemperatur von ca. –20°C erreicht. Der Dampfdruck im Verdampfer hat daher im bei weitem überwiegenden Teil der Betriebsphase des Verdampfers einen sehr niedrigen Wert, so dass ein an den Verdampfer angeschlossener Verdichter ein großes Volumen verdichten muss, um eine gegebene Masse des Kältemittels aus dem Verdampfer abzusaugen, und die zum Verflüssigen des Kältemittels zu überwindende Druckdifferenz hoch ist. Der Grund für den sehr schnellen Temperaturabfall ist die geringe Wärmekapazität des Verdampfers und die Tatsache, dass Wärme aus der umgebenden Lagerkammer 3 den Verdampfer über die ihn allseits umgebende Luft nur langsam erreicht. 4 shows in comparison typical temperature curves of the evaporator 5 from in 1 shown type with heat storage 10 , An arranged in a storage chamber evaporator without heat storage and a coldwall evaporator. The freely suspended evaporator without heat storage, represented by the curve A, has at the beginning of its operating phase, the time t = 0, a very steep drop in temperature; It takes just under a minute to cool it from + 5 ° C to -15 ° C, and after four minutes of operation, a substantially steady-state temperature limit of about -20 ° C is reached. The vapor pressure in the evaporator therefore has a very low value by far the greater part of the operating phase of the evaporator, so that a compressor connected to the evaporator must compress a large volume in order to suck a given mass of the refrigerant out of the evaporator and liquefy the liquor Refrigerant is to be overcome pressure difference is high. The reason for the very rapid drop in temperature is the low heat capacity of the evaporator and the fact that heat from the surrounding storage chamber 3 the evaporator via the air around him only slowly reached.

Ein etwas langsamerer Temperaturabfall zu Beginn der Betriebsphase ist beim Coldwall-Verdampfer, dargestellt durch die Kurve B, zu beobachten. Der Grund für den langsameren Abfall liegt im engen thermischen Kontakt des Coldwall-Verdampfers zur inneren Schale des Kältegerätekorpus und der Isolationsmaterialschicht, zwischen denen er eingebettet ist und die sich zusammen mit dem Verdampfer abkühlen. Dennoch genügen auch hier knapp zwei Minuten, um den Verdampfer auf –10°C abzukühlen, und während etwa der Hälfte der Betriebsphase arbeitet der Verdampfer stationär bei einer Grenztemperatur von ca. –20°C. A slightly slower temperature drop at the beginning of the operating phase is observed in the Coldwall evaporator, represented by curve B. The reason for the slower drop is in the close thermal contact of the coldwall evaporator to the inner shell of the refrigerator body and the layer of insulating material between which it is embedded and which cool together with the evaporator. Nevertheless, even here just under two minutes to cool the evaporator to -10 ° C, and during about half of the operating phase of the evaporator operates stationary at a temperature limit of about -20 ° C.

Die Kurve C zeigt den Temperaturverlauf für den Verdampfer 5 des Kältegerätes aus 1. Zu Beginn der Betriebsphase entspricht die Geschwindigkeit der Abkühlung in etwa der Kurve B, da die Wärmekapazität des Wärmespeichers 10 in diesem Temperaturbereich mit denen der inneren Schale und der Isolationsschicht beim Coldwall-Verdampfer vergleichbar ist. Nach knapp zwei Minuten ist mit –5°C die Gefriertemperatur des Speichermediums 12 des Wärmespeichers 10 erreicht. Die Temperatur bleibt nun solange im Wesentlichen konstant, bis das Speichermedium 12 komplett gefroren ist. Solange dies der Fall ist, ist der Dampfdruck im Verdampfer 5 hoch, und das Kältemittel kann effizient umgewälzt werden. Erst nach dem vollständigen Gefrieren des Speichermediums setzt sich der Temperaturabfall fort, doch endet die Betriebsphase des Verdampfers 5 bereits, bevor er auf die Grenztemperatur der Kurven A, B abgekühlt ist. The curve C shows the temperature profile for the evaporator 5 of the refrigerator off 1 , At the beginning of the operating phase, the speed of cooling corresponds approximately to the curve B, since the heat capacity of the heat accumulator 10 in this temperature range with those of the inner shell and the insulating layer in the Coldwall evaporator is comparable. After just under two minutes, the freezing temperature of the storage medium is -5 ° C 12 the heat storage 10 reached. The temperature now remains essentially constant until the storage medium 12 completely frozen. As long as this is the case, the vapor pressure in the evaporator 5 high, and the refrigerant can be circulated efficiently. Only after complete freezing of the storage medium, the temperature drop continues, but ends the operating phase of the evaporator 5 already before it has cooled to the limit temperature of curves A, B.

Um den Verdichter 15 unter Berücksichtigung dieser Entwicklung der Verdampfertemperatur steuern und lang andauernden Betrieb bei niedriger Temperatur vermeiden zu können, kann ein zweiter Temperaturfühler 17 am Verdampfer 5 angeordnet sein, der bei Unterschreitung einer zweiten Schwellentemperatur, die unter der Gefriertemperatur des Speichermediums 12 liegt, den Verdichter 15 wieder ausschaltet. Bevorzugt, weil nicht durch zufällige Temperaturgradienten in der Lagerkammer beeinflussbar, ist eine Steuerung durch einen Zeitschalter, der jeweils bei Einschalten des Verdichters 15 in Gang gesetzt wird und diesen nach einer vorgegebenen, zum Gefrieren des Speichermediums ausreichenden Zeitspanne, im Fall der 4 ca. 25 min, wieder ausschaltet.To the compressor 15 Taking into account this development, it is possible to control the evaporator temperature and to avoid long-term operation at low temperature, a second temperature sensor 17 on the evaporator 5 be arranged when falling below a second threshold temperature, which is below the freezing temperature of the storage medium 12 lies, the compressor 15 turns off again. Preferably, because not influenced by accidental temperature gradients in the storage chamber, is a control by a timer, each time when switching on the compressor 15 is set in motion and after a given, sufficient to freeze the storage medium period of time, in the case of 4 about 25 min, off again.

Wenn man als Kühlleistung des Verdampfers 5 in einer Betriebsphase beispielsweise einen Wert von 100 Watt zugrunde legt und der Einfachheit halber annimmt, dass diese ausschließlich den Wärmespeicher 10, nicht aber die umgebende Lagerkammer 3 kühlt, dann beträgt die dem Wärmespeicher 10 bis zum vollständigen Gefrieren des Speichermediums 12 in einer Zeitspanne von ca. 15 Minuten entzogene Wärmemenge 750 kJ. Die beim Gefrieren eines wässrigen Speichermediums frei werdende Latentwärme beträgt ca. 300 J/g. Es genügt daher eine Menge von ca. 250 g des Speichermediums 12, um eine 15minütige Gefrierphase zu erhalten. Nimmt man an, dass sich diese 250g des Speichermediums 12 auf eine Fläche des Verdampfers 5 von z.B. 40 × 40 cm verteilen, dann entfallen auf jeden cm² des Verdampfers ca. 0,15g des Speichermediums 12. Dies zeigt, dass eine Schichtdicke des Wärmespeichers 10 von wenigen mm ausreicht, um den Temperaturverlauf der Kurve C zu realisieren. If you like the cooling capacity of the evaporator 5 For example, in an operating phase, it is based on a value of 100 watts and, for the sake of simplicity, assumes that these only use the heat storage 10 but not the surrounding storage chamber 3 cools, then that is the heat storage 10 until complete freezing of the storage medium 12 amount of heat withdrawn in a period of about 15 minutes 750 kJ. The latent heat liberated when freezing an aqueous storage medium is about 300 J / g. Therefore, it suffices a lot of about 250 g of the storage medium 12 to get a 15 minute freeze phase. Assuming that this 250g of storage media 12 on a surface of the evaporator 5 For example, distribute 40 × 40 cm, then account for each cm ^{2 of} the evaporator about 0.15 g of the storage medium 12 , This shows that a layer thickness of the heat storage 10 of a few mm is sufficient to realize the temperature profile of the curve C.

Am Ende der Betriebsphase des Verdampfers, bei t = ca. 25 min, steigt die Temperatur bei allen drei Kurven A, B, C wieder an, wobei die Anstiegsgeschwindigkeit aufgrund vergleichbarer Wärmekapazitäten bei den Kurven B, C, zunächst wieder ähnlich und niedriger als bei der Kurve A ist. Sobald jedoch die Gefriertemperatur des Speichermediums 12 erreicht ist, stagniert die Kurve C, und es kann der Fall auftreten, dass sie nicht wieder auf 0°C ansteigt, bevor die nächste Betriebsphase des Verdampfers beginnt. Da dies zur Akkumulation von Reif auf dem Verdampfer 5 führt, ist in regelmäßigen Abständen ein Abtauen des Verdampfers 5 erforderlich. Zu diesem Zweck wird die nächste Betriebsphase des Verdampfers 5 verzögert, und es resultiert der in 5 gezeigten Temperaturverlauf. Die Stagnationsphase nimmt hier das Zeitintervall von t = 0 bis ca. t = 16 min ein. Nach dem Auftauen des Speichermediums 12 folgt ein relativ schneller Anstieg der Verdampfertemperatur auf 0°C und eine neuerliche Stagnationsphase, in der der Reif auf dem Verdampfer 5 abtaut und das Tauwasser abfließt. Der Abschluss dieser Phase ist zu erkennen an einem weiteren Temperaturanstieg des Verdampfers 5 bis auf die Betriebstemperatur der Lagerkammer 3 oder, da ein eigentlich erforderlicher Betrieb des Verdampfers herausgezögert worden ist, um das Abtauen zu ermöglichen, sogar auf eine etwas über der Betriebstemperatur der Lagerkammer liegende Temperatur. Zur Zeit t = ca. 30 min setzt der Betrieb des Verdampfers 5 wieder ein, und es wiederholt sich der in 4 als Kurve C dargestellte Verlauf. At the end of the operating phase of the evaporator, at t = about 25 minutes, the temperature rises at all three curves A, B, C again, wherein the slew rate due to comparable heat capacity in the curves B, C, initially again similar and lower than the curve A is. However, as soon as the freezing temperature of the storage medium 12 is reached, the curve C stagnates, and it may happen that it does not rise back to 0 ° C before the next phase of operation of the evaporator begins. Because this leads to the accumulation of frost on the evaporator 5 leads, is a defrosting of the evaporator at regular intervals 5 required. For this purpose, the next phase of operation of the evaporator 5 delayed, and it results in the 5 shown temperature profile. The stagnation phase here takes the time interval from t = 0 to about t = 16 min. After thawing the storage medium 12 This is followed by a relatively rapid increase in the evaporator temperature to 0 ° C and a renewed stagnation phase, in which the frost on the evaporator 5 defrosts and the condensation water drains off. The conclusion of this phase can be recognized by a further increase in the temperature of the evaporator 5 up to the operating temperature of the storage chamber 3 or, as an actual required operation of the evaporator has been delayed to allow defrosting, even at a temperature slightly above the operating temperature of the storage chamber. At the moment t = approx. 30 min the operation of the evaporator continues 5 again, and it repeats itself in 4 Course shown as curve C.

6 zeigt einen zu 1 analogen schematischen Querschnitt durch ein Kältegerät gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung. Während bei dem Kältegerät der 1 der Verflüssiger herkömmlicher Art ist und der Einfachheit halber nicht dargestellt ist, trägt in der Ausgestaltung der 2 ein von der Wand 4 des Korpus 1 durch einen Zwischenraum 18 beabstandeter Verflüssiger 19 einen plattenförmigen Wärmespeicher 20. Die innere Struktur des Wärmespeichers 20 entspricht der in 2 oder 3 gezeigten, wobei jedoch das Speichermedium 12 in den Hohlräumen 11 bzw. Hohlkugeln 13 im Falle des Wärmespeichers 20 einen Schmelzpunkt aufweist, der zwischen der normalen Temperatur in der Umgebung des Kältegerätes und derjenigen Temperatur liegt, die der Verflüssiger 19 im Dauerbetrieb des Verdichters 15 erreichen könnte. Die Schmelztemperatur kann beispielsweise im Bereich 35–40°C liegen. Als Speichermedium 12 kommt ein Paraffin in Betracht. 6 shows you one 1 analogous schematic cross section through a refrigerator according to a second embodiment of the invention. While in the refrigerator the 1 the condenser is conventional and is not shown for simplicity, wearing in the embodiment of 2 one from the wall 4 of the body 1 through a gap 18 spaced condenser 19 a plate-shaped heat storage 20 , The internal structure of the heat accumulator 20 corresponds to the in 2 or 3 shown, but the storage medium 12 in the cavities 11 or hollow balls 13 in the case of the heat storage 20 has a melting point that is between the normal temperature in the environment of the refrigerator and the temperature that the condenser 19 in continuous operation of the compressor 15 could reach. The melting temperature may be in the range 35-40 ° C, for example. As a storage medium 12 is a paraffin into consideration.

Der Wärmespeicher 20 ist geformt durch Extrudieren des Trägermaterials 14 einschließlich des darin verteilten Speichermediums 12 zu einem plattenförmigen Strang und Abschneiden von Stücken des Strangs, um jeweils einzelne Wärmespeicher 20 mit den Abmessungen des Verflüssigers 19 entsprechenden Kantenlängen zu erhalten. Wenn der Wärmespeicher die Struktur der 2 hat, dann kann ein Extruder nicht nur zum Formen des Strangs, sondern gleichzeitig auch zum Vermengen von Trägermaterial 14 und Speichermedium 12 eingesetzt werden.The heat storage 20 is formed by extruding the support material 14 including the storage medium distributed therein 12 to a plate-shaped strand and cutting pieces of the strand to each heat storage 20 with the dimensions of the condenser 19 to obtain corresponding edge lengths. If the heat storage the structure of 2 has, then an extruder not only to form the strand, but at the same time also for mixing carrier material 14 and storage medium 12 be used.

Der Verflüssiger 19 hat eine an sich bekannte Drahtrohrstruktur. Indem der Verflüssiger 19 in heißem Zustand gegen den Wärmespeicher 20 gedrückt wird, wird das Trägermaterial 14 des letzteren lokal wieder plastisch verformbar gemacht, so dass, wie in dem Querschnitt der 7 zu erkennen, Drähte 21 des Verflüssigers 19 sich in die Oberfläche des Wärmespeichers 20 eindrücken. So kommt ein enger thermischer Kontakt und ggf. auch eine feste mechanische Verbindung zwischen dem Verflüssiger 19 und dem Wärmespeicher 20 zustande. The condenser 19 has a known wire tube structure. By the condenser 19 in hot condition against the heat storage 20 is pressed, the carrier material 14 the latter locally made plastically deformable again, so that, as in the cross section of 7 to recognize wires 21 of the liquefier 19 into the surface of the heat storage 20 Push. This results in a close thermal contact and possibly also a firm mechanical connection between the condenser 19 and the heat storage 20 conditions.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102004035017 A1 [0002]

Claims

Refrigerating appliance, in particular household refrigerating appliance, with a storage chamber ( 3 ) for refrigerated goods, one in thermal contact with the storage chamber ( 3 ) arranged cold heat exchanger ( 5 ), a heat exchanger arranged in thermal contact with the environment ( 19 ) and a compressor ( 15 ) for driving the circulation of a refrigerant between the heat exchangers ( 5 . 19 ) and at least one in thermal contact with one of the heat exchangers ( 5 . 19 ) arranged heat store ( 10 . 20 ), characterized in that the heat storage ( 10 . 20 ) a carrier material ( 14 ) in which a storage medium ( 12 ) is bound in droplets.

Refrigerating appliance according to claim 1, characterized in that the droplets of the storage medium ( 12 ) of the carrier material ( 14 ) are enclosed.

Refrigerating appliance according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier material ( 14 ) fusible and with the storage medium ( 12 ) is not homogeneously miscible in the molten state.

Refrigerating appliance according to claim 1, characterized in that the storage medium ( 12 ) in capsules ( 13 ) embedded in the substrate ( 14 ) are embedded.

Refrigerating appliance according to one of the preceding claims, characterized in that the heat store ( 10 . 20 ) in physical contact with the heat exchanger ( 5 . 19 ) is arranged.

Refrigerating appliance according to claim 5, characterized in that the heat storage ( 10 . 20 ) to the heat exchanger ( 5 . 19 ) is formed.

Refrigerating appliance according to one of claims 1 to 5, characterized in that the heat storage ( 10 . 20 ) is extruded.

Refrigerating appliance according to one of the preceding claims, characterized in that the heat exchanger ( 5 ) is plate-shaped and that one side ( 6 ) of the heat exchanger ( 5 ) at least for the most part of the heat storage ( 10 ) is covered.

Refrigerating appliance according to one of the preceding claims, characterized in that the amount of storage medium ( 12 ) one over the surface of the heat exchanger ( 5 ) distributed layer of the storage medium ( 12 ) of not more than 5 mm thick.

Refrigerating appliance according to one of the preceding claims, characterized in that the compressor ( 15 ) operates intermittently to maintain the storage chamber in a predetermined temperature range, and a phase transition temperature of the storage medium ( 12 ) is selected so that the storage medium ( 12 ) in operating and resting phases of the compressor ( 15 ) each changes its state of aggregation.

Refrigerating appliance according to claim 10, characterized in that the phase transition temperature of the storage medium ( 12 ) closer to the predetermined temperature range than at an achievable in continuous operation temperature limit of the evaporator ( 5 . 19 ) lies.

Refrigerating appliance according to claim 10 or 11, characterized in that the predetermined temperature range of the storage chamber ( 3 ) above 0 ° C and the melting temperature of the storage medium ( 12 ) is below 0 ° C.

Refrigerating appliance according to claim 12, characterized in that the melting temperature of the storage medium ( 12 ) is below -2 ° C and / or above -10 ° C.

Refrigerating appliance according to one of the preceding claims, characterized in that the storage medium ( 12 ) is an aqueous solution, in particular of ethylene glycol or urea.

Refrigerating appliance according to one of the preceding claims, characterized in that the heat store ( 10 ) and the cold heat exchanger ( 5 ) in the storage chamber ( 3 ) are arranged.

Refrigerating appliance according to claim 15, characterized in that the cold heat exchanger ( 5 ) adjacent to a wall ( 4 ) of the storage chamber ( 3 ) is arranged and the heat storage ( 10 ) on one of the wall ( 4 ) facing away from the cold heat exchanger ( 5 ) is arranged.